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1、 钢结构在工业厂房中的设计 段现荣烟台福山上汽实业有限公司 山东烟台 265503【摘要】随着我国经济的发展，钢结构在我国的建筑工程中广泛应用，它具有强度高，自重轻，韧性好，塑性好以及结构可靠性高等特点，本文笔者将结合具体工程实例，简要探讨钢结构在工业厂房中的设计，并对其中的主要设计要点进行分析，希望能对类似钢结构工程起到借鉴作用。【关键词】钢结构；工业厂房；结构内力分析1、工程概况本工程为某市一个高层钢结构工业厂房，该厂房的总高度为30m，一共有5层，每层的高度为6m，每次一共有10跨，厂房的具体尺寸为长49m，宽14m。厂房内部结构较为空旷，在其中没有布置维护墙体，局部楼层不存在铺板，主要
2、为全房间洞口。本厂房内一共布置有2套的压力容器，所在位置为二楼楼面，其自重荷载为250046000kN，该仪器体型较大。而在其他楼层内布置有各种小型的设备，同时在楼层内布置较多的连通管道。由于本厂房内设备和管道较多，因此在楼面需要预留较多的孔洞，这在一定程度上给厂房的结构布置造成了难度。本厂房内所布置的全部柱子采用的材料为焊接H型钢，这些柱子所承受的竖向荷载较大，最大值可达到3100kN。而框架梁与次梁的所采用的材料大部分为轧制H型钢，仅在二层处存在几根框架梁采用与柱子相同的材料。楼面采用的材料为花纹钢板，其厚度取为8mm，楼面所受到的活动荷载达到5kPa。2、钢结构工业厂房设计要点2.1厂房
3、结构的选择根据本厂房的使用功能和具体的情况，对于本厂房结构设计采用的体系支撑和钢架相结合的体系。厂房横向采用钢连接框架式体系，在纵向则采用支撑和钢架相混合的形式，通过纵横两个方向结构体系的作用来抵抗水平力的作用。本厂房所采用的混合结构体系可以有效的降低柱子的纵向弯矩，但是这种体系对楼面的刚度提出了较大的要求。刚度如果无法满足要求的话，会使各个柱子的变形量相差较大，不能协调一致，这样就无法充分发挥柱子的支撑作用。同时本工程楼面采用的花纹钢板，它对钢筋混凝土的取代提高了厂房的整体性能。在厂房内沿着纵横两个方面均布置有水平支撑，这样在一定程度上提高了楼层的刚度。2.2次梁的设计在进行次梁的设计时，应
4、避免次梁出现较大的挠度，因为较大的挠度会给人不安全的感觉，同时还会对厂房的使用功能造成影响，因此本厂房在进行楼层平面梁格的布置设计时，不仅考虑到了铺板的最大支承长度的要求，也考虑了机械设备的具体情况。对铺板和梁的相互作用进行分析，可以知道本厂房的钢板与梁之间具有较好的连接，这样表明这两者之间可以形成有效支撑，因此无需再次进行梁的整体稳定性计算。如果钢板和连梁在进行焊接时，只在两端进行了连接，而没有对中间进行焊接，这样在进行梁平面外稳定性的计算时，只能按照跨中无侧向支撑的情况进行分析。虽然次梁所受到的荷载较小，但是也应采用轧制H型钢，而不应采用普通槽钢，这是因为普通槽钢平面外稳定性较差，不能满足
5、要求。2.3结构内力分析本工程在进行钢结构厂房的设计时，对于结构内力的分析可以采用的软件为STS、SATWE和TAT等软件，通过软件建立计算结构模型，接着在对模型施加荷载，并根据计算结果对钢结构厂房的空间受力特性进分析，对并杆件的截面进行验算。在进行钢结构受力分析时，应注意以下几点：（1）钢结构工业厂房具有较为复杂的梁格布置，当采用计算软件进行建模时，如果严格根据具体的工程厂房情况，这样需要布置较多的近节点，数量较多的近节点会造成计算结果出现较多偏差。因此在进行钢结构工业厂房进行建模时，应进行适当的简化，这样才能确保计算结果的可行性。（2）通过采用柱间对立面网络进行简化，把它当做受力杆件输入到
6、结构模型里。支撑的刚度与厂方纵向抗侧刚度有着直接的影响作用，而柱间支撑会对两侧的柱脚产生不利的影响，当柱脚受到复杂荷载的影响，在使得柱脚的锚栓产生较为明显的上拔作用，这会直接增大柱脚所受到的剪力作用。（3）对柱间支撑的杆件进行确定，通常情况下，对于厂房的柱间支撑，往往采用的是剪刀撑的形式，在设计中根据设计要求，可以对两种受力形式进行选择，分别为压杆和拉杆。如果采用压杆作为支撑的话，则可以通过计算软件直接对结构进行验算；如果采用拉杆作为支撑的话，计算软件得到的结果会是强度验算不符合要求，这是因为拉杆在计算软件中是无法将其处理成单栏杆的形式，不过这并不影响计算软件对厂房结构空间受力特性的分析结果。
7、因此在进行拉杆的设计时，设计人员应通过笔算对拉杆的强度进行验算。（4）确定弹性楼板模型。当采用TAT与SATWE程序对厂房结构进行计算时，可以不用考虑楼层的约束作用，采用弹性节点的处理方法。在本工程厂房的设计中，在楼层之间有设置一定数量的水平支撑，因此在软件计算中可以假设楼层水平刚度无限大，通过软件的计算结果可以看出，假设与否对计算的结果并没有太大的影响，同时可以验证楼层内水平支撑可协调柱子的变形。2.4节点的设计要点为了确保钢结构工业厂房的安全可靠以及经济可行，本工程对节点进行设计。框架和柱的节点是本工程中需要重点注意的节点。节点的安全性能可以通过强度和延性进行控制。本工程中主要采用的节点连
8、接方式有刚性连接和柔性连接两种。刚性连接的节点主要采用全焊接连接和栓焊接混合连接。全焊接连接节点的梁翼缘和腹板全部焊接在柱子上,全焊接连接节点具有强度高，工程成本低以及材料应用少的特点，但是在施工中需要进行大工作量的焊接，同时需要在高空进行施工；而栓焊混合连接节点的翼缘运用熔透焊缝连接，腹板使用高强螺栓连接，栓焊接混合连接节点具有与全焊接连接同样的优点，但是前期工作量大，同时工程造价高。柔性连接能够较好的实现作用力的传递，可以将其看成是铰接形式，它具有延性好，抗震变形能力强的特点，同时在力的作用下不会出现脆性破坏。2.5采用轧制H型钢的注意事项在工业厂房中采用轧制H型钢能够提供工程速度，加快工
9、程施工进度，同时能够极大的节约钢材料和工作量。但是在进行轧制H型钢的使用时必须特意注意其不利影响。目前在我国的工业厂房建设中，通常是不考虑采用轧制H型钢的。通常情况下，轧制H型钢的厚度较薄，而工业厂房在柱子中往往具有较大的轴力，这就要求所采用的钢板具有较厚的腹板和翼缘，但是又对截面的尺寸有一定限制。轧制H型钢采用的是全截面拼接的方式，这会给工业厂房的结构带来一定的不安全因素。但是如果采用定尺型钢的话，这不仅会对材料的利用率造成不利的影响，同时还会大大的延长工期，对工程进度的控制带来不利影响，同时在进行定尺型钢的使用时，还应对拼接位置进行确定，这是使用的另一个难点。3、结语文章通过结合具体工程实例，对钢结构工业厂房设计展开探讨，针对钢结构厂房中的结构布置、受力分析以及节点设计等环节提出了相应的设计要点，针对钢结构厂房设计中遇到问题提出了合理的建议，为同行提供参考借鉴。参考文献1高健.浅析钢结构厂房的设计方法及质量控制 J .科技创业家,2013,(04):30-31. 2 韩瑞芳.钢结构厂房设计中需注意的问题 J .科学之友( B版),2011,(03):28-34.-全文完-
